1、 冷镦钢的技术要求                          

冷镦钢线材盘条一般为低、中碳优质碳素结构钢和合金结构钢。螺栓、螺母对原材料尺寸精度要求比较严格，热轧钢材规格有限，尺寸精度也很难满足技术要求，所以大多数紧固件企业采用冷拉钢盘条作为生产原料，紧固件合格的冷镦钢线材盘条必须满足以下要求。

① 化学成分要求。O、P、S等元素对钢中夹杂物的形态及数量、大小有决定性影响，所以要求控制其含量；对合金结构钢而言，硅、铝、锰等元素控制在中下限为宜，避免造成冷顶锻裂纹。  

②表面质量。紧固件企业统计表明，冷镦开裂的80%是由冷镦钢线材盘条表面缺陷造成的，如折叠、划伤、密集的发纹、局部微裂纹、结疤。因此，对线材表面质量要求很严，尺寸公差±0.15mm；不圆度≤0.10mm；表面裂纹、划痕最深≤0.07mm。

③脱碳。表面脱碳造成螺栓表面强度降低，疲劳寿命大幅度下降。平均脱碳层深度要求见表1。

表1  不同直径线材平均脱碳层深度要求（mm）

④ 非金属夹杂物。钢中非金属夹杂物含量高，尺寸大是造成紧固件冷镦开裂的一个重要原因，尤其是非金属夹杂物中B类和D类夹杂物，距线材表面越近危害性越大，所以要求B类夹杂物距表面2mm之内应不大于15μm。B类和D类夹杂物一般控制在2级以内，这也可减少热处理淬火开裂的可能性，预防性措施之一。

⑤金相组织。冷镦钢一般为低、中碳优质碳素结构钢和合金结构钢，金相组织为铁素体+粒状珠光体。珠光体的晶粒尺寸和分布也是影响冷镦性能的因素，理想的组织是珠光体晶粒大小相近并均匀地分布在铁素体基体上。珠光体不同显微组织冷镦性能从好到坏的排列次序为粒状珠光体、索氏体、细片状珠光体、片状珠光体。

⑥低倍组织。冷镦钢线材对钢的低倍组织要求比较严，低倍检查不应有缩孔、分层、白点、裂纹、气孔等缺陷，对中心疏松、方框偏析不允许大于2级，中心增碳缺陷不论钢种都是不允许存在的。

⑦晶粒度。冷镦钢线材内部组织不同其它钢材，晶粒度不是越细越好。晶粒度太细，抗拉强度、屈服强度升高，变形抗力增大，对冷镦成型很不利。10.9级以上螺栓晶粒度在7～8级较佳，保证成品强度外，其余级别冷镦钢线材的晶粒度可控制在5～7级。

⑧冷镦性能。冷镦性能好是指线材具有较低的变形抗力，能经受很大程度的变形不产生裂纹。一般认为以断面收缩率和屈强比作为衡量冷镦性能指标比较可靠，合金结构钢的断面收缩率应不小于50%。冷镦钢线材的屈强比小，冷镦性能相对要好，合金结构钢的屈强比应不大于70%。从冷镦性能角度考虑，线材的冷加工强化系数越低越好，即不易产生加工硬化。

2、高强度冷镦钢的微合金化

随着紧固件高强韧性化、轻量化的发展趋势，紧固件行业追求高材料利用率、高精度、高效率、低能耗、低成本等目标，冷镦钢的微合金化有二个目的：一是改善材料的冷镦工艺性能，开发简化退火或免退火冷镦钢；二是提高材料的延迟断裂抗力，开发13.9级或更高强度等级螺栓用钢。

①高强度免退火冷镦钢

碳含量低于0.22%的碳素冷镦钢，如ML20、ML15、SWRCH18A、SWRCH22A钢等，在冷拔冷镦前，不需要软化退火或球化退火，已经属于免退火冷镦钢，然而这些低碳冷镦钢淬透性和回火稳定性均较低，只能满足小规格M12以下8.8级螺栓、8级螺母的生产。普通高强度冷镦钢一般要经历“退火→（剥壳）酸洗→磷化→皂化→冷拔→冷镦→搓丝→调质”等工序：退火工序的目的在于通过珠光体球化，降低材料硬度，提高材料塑性。但此工序同时也带来较大的能源消耗和材料的氧化脱碳。高强度免退火冷镦钢得以开发应用，取得了良好的经济和社会效益。

目前有两类高强度免退火冷镦钢。一类是低碳硼钢，此类钢的典型钢号为SAEJ403--10B21钢，其主要合金元素C：0.18%～0.23%；B：0.003%。通过低碳、低硅获得较低的珠光体含量和铁素体硬度以提高塑性，添加微量B以提高材料淬透性，控制Mn、Cr含量，保证回火稳定性。此类钢热轧状态的交货时硬度低于76HRB，断面收缩率达到55%，满足冷拔和冷镦工艺要求。该钢种适合8.8级螺栓，若增加Mn、Cr含量可以生产9.8级和10.9级螺栓。另一类高强度免退火冷镦钢是以ML30、ML35、ML40Cr、SWRCH35K、SWRCH32K为基础，降低Mn、Cr含量，增加微量B以弥补淬透性不足，增加微量Ti含量，高Al:N比例，以细化晶粒运用控轧控冷（热机械轧制）技术生产。免退火冷镦钢ML35、SWRCH35K 或简化退火的ML40Cr、SCM435钢通过双相区（奥氏体--铁素体）大变形量轧制，获得了更细的原奥氏体晶粒，更多更细的铁素体含量和退化的碳化物层片，因而具有更低的交货状态硬度和冷变形塑性。免退火冷镦钢SWRCH35K-M钢热轧状态铁素体含量可以达到49%（退火态为42%），铁素体晶粒度细于11级，对应的硬度为83 HRB，断后伸长率大于26%，断面收缩率大于55%，冷拔减面率15.7%时，冷拔后硬度为91.5 HRB，满足内六角冷镦成形用料硬度低于92 HRB的要求。

②高强度14.9级螺栓用钢

强度等级达到或超过10.9级的螺栓制件，存在氢致延迟断裂倾向，并且随着强度等级增加，延迟断裂倾向越明显。冷镦用SCM435、SCM440钢线材用于12.9级螺栓制件，晶粒度达到8级，满足抗松弛、抗疲劳、抗延迟断裂要求。如果降低回火温度容易使强度等级达到1400～1500Mpa，延迟断裂倾向明显增加而无法实际应用。SCM435钢螺栓强度达到1450Mpa，运用缺口试样获得的断裂断口形貌，呈现明显的沿晶断裂特征，晶面有大量的氢脆特征。

ADF1钢是适用于1300～1500Mpa级的高强度螺栓材料。该钢是在42CrMoA基础，通过提高材料纯净度，增加Mo含量，运用Nb、Ti、V微合金化改造而成，与42CrMoA相比，新钢种晶粒度明显细化，可以达到10.5～13级，550～620℃回火具有明显的二次硬化效应，回火析出的碳化物更多更细，成为大量氢的强陷阱，因而具有更好的强韧性、更低的缺口敏感性、更高的抗氢致延迟断裂性能。目前改钢已经用于13.9～14.9级发动机螺栓制件。微合金化是该钢种成功开发的关键因素之一。

总之，易切削化、非调质化、简化热处理是降低紧固件成本、提高生产效率和节能降耗的手段之一；冷镦钢微合金化是改善紧固件强韧性和工艺性能，获得高性能、低成本的产品的途径。